[发明专利]一种电-热联合系统潮流处理方法

权利要求书

1.一种电-热联合系统潮流处理方法，其特征在于：

所述的电-热联合系统包括电网、热网和热电联产机组的三个部分，热电联产机组分别连接热网和电网，热电联产机组向热网和电网分别同时提供热能与电能，依据热电联产机组的功率参数和出力方式按照比例进行电能与热能的出力分配；热网分为供热网和回热网，供热网和回热网均连接在热电联产机组和用热设备之间，热电联产机组的热介质作为热能经供热网输送至用热设备，用热设备的热介质作为热能经回热网输送至热电联产机组；电网和热网中存在负荷节点，各节点之间相连的线路或管道为支路，电网中的负荷节点为电力负荷节点，热网中的负荷节点为热力负荷节点，以上级供电变压器成为源节点，上级供电变压器与热电联产机组均向电网输送提供电能；

本发明方法包括以下几个步骤：

1)在计算前通过电网中的传感器或者通过工具采集获得以下电网与热网的已知基础网络数据，包括：

电-热联合系统：总节点数n、线路与管道长度L_ij，其中i,j均表示节点的序数，i,j∈n；

电网：线路单位阻抗Z、额定电压V_N、电力负荷节点的电能消耗功率P_Load.i；

热网：管道单位长度的传热系数λ、供热网的额定温度T_s.N、回热网的额定温度T_o.N、热力负荷节点的热能消耗功率f_Load.i；同时热力负荷节点的热介质流出温度T_o.Load.i即为回热网的额定温度T_o.N，即T_o.Load.i＝T_o.N；热电联产机组的热介质流出温度T_o.CHP即为供热网的额定温度T_s.N，即T_s.N＝T_o.CHP；

热电联产机组：电能与热能的出力功率比例k，f_CHP＝k×P_CHP，其中P_CHP为热电联产机组的电能出力功率，f_CHP为热电联产机组的热能出力功率；

2)根据以下公式，利用热力负荷节点的潮流前热介质流入温度T_s.Load.i、热力负荷节点的热介质流出温度T_o.Load.i、热力负荷节点的热能消耗功率f_Load.i和热介质的比热容C_p，计算出每个热力负荷节点的潮流前热介质流量m_q.Load.i；

3)接着由上述步骤计算所得各负荷节点的潮流前热介质流量m_q.Load.i组成为负荷节点的热介质流量矩阵m_q.Load：

再通过以下公式计算获得热网支路的热负荷流量矩阵m：

m＝A·m_q.Load (2)

其中，A为节点支路关联矩阵，m表示热网支路的热负荷流量矩阵，m_ij为热网中流经节点i与节点j之间的支路的热负荷流量；

4)通过以下公式，获得回热网从各支路中热介质的流出温度T_end.H.ij：

其中，T_start.H.ij表示回热网中支路热介质的流入温度，λ表示管道单位长度的传热系数，m_H.ij表示回热网中节点i和节点j之间支路热介质的流量，L_ij表示热网中节点i和节点j之间支路管道的长度，e表示自然指数e，为自然对数的底数；

5)通过以下公式，获得回热网中存在管道交汇的节点的热介质流出温度T_out.H：

其中，T_out.H与T_in.H分别表示回热网中存在管道交汇的节点的热介质流出温度和流入温度；m_out.H与m_in.H分别表示回热网中存在管道交汇的节点的热介质流出流量和流入流量；

6)以回热网中存在管道交汇的节点的热介质流出温度T_out.H作为热电联产机组的热介质流入温度T_s.CHP，即T_s.CHP＝T_out.H；以回热网中存在管道交汇的节点的热介质流出流量m_out.H作为热电联产机组的热介质流经流量m_q.CHP，即m_q.CHP＝m_out.H；然后通过以下公式，根据热电联产机组的热介质流入温度T_s.CHP、热电联产机组的热介质流经流量m_q.CHP和热电联产机组的热介质流出温度T_o.CHP，获得热电联产机组的潮流前热能出力功率f_CHP：

f_CHP＝C_p·m_q.CHP·(T_s.CHP-T_o.CHP) (5)

7)通过以下公式，根据热电联产机组的电能与热能的出力功率比例k与热电联产机组的潮流前热能出力功率f_CHP，获得热电联产机组的潮流前电能出力功率P_CHP：

8)通过以下公式，分别获得连接热电联产机组(CHP)和没有连接热电联产机组(CHP)情况下，电网中各电力负荷节点的流出电流I_i：

若电网中第i个电力负荷节点没有连接热电联产机组(CHP)，则根据电网中第i个电力负荷节点的电能消耗功率P_Load.i与第i个电力负荷节点的潮流前电压V_i计算得到第i个电力负荷节点的流出电流I_i：

其中，( )^*表示矩阵的共轭计算；

若电网中第i个电力负荷节点连接有热电联产机组(CHP)，则根据电网中第i个电力负荷节点的电能消耗功率P_Load.i、由热电联产机组的潮流前电能出力功率P_CHP与第i个电力负荷节点的潮流前电压V_i计算得到第i个电力负荷节点的流出电流I_i：

9)由步骤8)获得的各电力负荷节点的流出电流I_i组成电力负荷节点的流出电流矩阵I：

通过以下公式，根据电力负荷节点的流出电流矩阵I与节点支路关联矩阵A获得电网支路的电流矩阵B：

B＝A^T·I (9)

其中，B_ij为电网中节点i和节点j之间支路上的电流；

10)由电力负荷节点的流出电流矩阵I与节点支路关联矩阵A运用直接潮流法求得电网中各电力负荷节点的潮流电压V_i′；

11)通过以下公式，针对连接有热电联产机组的每一个电力负荷节点，根据该第i个电力负荷节点的潮流后电压V_i′、该第i个电力负荷节点的流出电流I_i与该电力负荷节点的电能消耗功率P_Load.i，获得热电联产机组的潮流后电能出力功率P′_CHP：

P′_CHP＝P_Load.i-I_i·V_i′ (10)

其中，P_Load.i表示电网中第i个电力负荷节点的电能消耗功率；

12)通过以下公式，根据热电联产机组的电能与热能的出力功率比例k与热电联产机组的潮流后电能出力功率P′_CHP，获得热电联产机组的潮流后热能出力功率f′_CHP：

f′_CHP＝k×P′_CHP (11)

13)通过以下公式，利用热电联产机组的潮流后热能出力功率f′_CHP、热电联产机组的热介质流入温度T_s.CHP和热电联产机组的热介质流出温度T_o.CHP，获得热电联产机组的潮流后热介质流经流量m′_q.CHP：

14)以热电联产机组的潮流后热介质流经流量m′_q.CHP作为供热网的热介质流出流量m_G，以热电联产机组的热介质流出温度T_o.CHP作为供热网的热介质流出温度T_G；然后通过以下公式，计算获得供热网中存在管道交汇的节点的热介质流出温度T_out.G：

其中，T_out.G与T_in.G分别表示供热网中存在管道交汇的节点的热介质流出温度和流入温度；m_out.G与m_in.G分别表示供热网中存在管道交汇的节点的热介质流出流量和流入流量；

以供热网中存在管道交汇的节点i的热介质流出温度T_out.G作为该节点i的潮流后热介质流入温度T′_s.Load.i，以供热网中存在管道交汇的节点i的热介质流出流量m_out.G作为该节点i的用热设备流经的潮流后热介质流量m′_q.Load.i；

15)通过以下公式，计算供热网中从各支路中热介质的流入温度T_start.G.ij与流出温度T_end.G.ij：

其中，T_start.G.ij表示供热网中各支路热介质的流入温度，λ表示管道单位长度的传热系数，m_G.ij表示回热网中节点i和节点j之间支路热介质的流量，L_ij表示热网中节点i和节点j之间支路管道的长度，e表示自然指数e，为自然对数的底数；

16)通过以下公式，计算潮流迭代前后热网中节点热介质流入温度之差的最大值ΔT_s.max和电网各节点电压之差的最大值ΔV_i.max：

ΔT_s.max＝max(|T′_s.Load.i-T_s.Load.i|) (15)

ΔV_i.max＝max(|V_i′-V_i|) (16)

其中，T′_s.Load.i表示供热网中存在管道交汇的节点i的潮流后热介质流入温度，T_s.Load.i表示供热网中存在管道交汇的节点i的潮流前热介质流入温度；V_i表示电力负荷节点i的潮流前电压，V′表示电力负荷节点i的潮流后电压；

17)不断迭代重复步骤(2)～(16)进行潮流迭代，每次潮流迭代后，采用以下方式进行判断潮流迭代是否收敛；

若本次潮流迭代后收敛，则输出本次潮流迭代后的处理结果，获得本次潮流迭代后的电网中各节点的潮流后电压V_i′和热网中各节点的潮流后热介质流入温度T′_s.Load.i；

若本次潮流迭代后未收敛，将本次潮流迭代后的处理结果作为下次潮流迭代前的潮流前数值，将本次潮流迭代后的电网中各节点的潮流后电压V_i′作为下次潮流迭代时的电网中各节点的潮流前电压V_i，将本次潮流迭代后的热网中各节点的潮流后热介质流入温度T′_s.Load.i作为下次潮流迭代时的热网中各节点的潮流前热介质流入温度T_s.Load.i，进行下一次潮流迭代处理。